Коммунальная энергетика и теплоснабжение: тенденции, проблемы и стратегия развития

На сегодняшний день в России эксплуатируется более 250 тысяч километров тепловых сетей, в основном проложенных под землей в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Большинство из них введено в эксплуатацию 20-30 лет назад и за это время претерпело физическое и моральное старение. Средний возраст тепловых сетей по стране год от года повышается в связи с тем, что объём замен обветшалых трубопроводов недостаточен. В связи с этим удельная повреждаемость теплопроводов в настоящее время выросла до 70 зарегистрированных повреждений в год на 100 км тепловых сетей. Повреждения теплопроводов в течение отопительного периода наносят стране огромный ущерб, последствия которого трудно оценить. По экспертной оценке 15% тепловых сетей требуют безотлагательной замены.

Чтобы прервать процесс старения тепловых сетей и оставить их средний возраст на существующем сейчас уровне, надо ежегодно перекладывать около 4% трубопроводов, что составляет около 7300 км сетей в двухтрубном исчислении. Это позволит снизить ежегодные тепловые потери на величину около 15 миллионов Гкал/год по всей стране, если производить замену трубами в пенополиуретановой изоляции при потерях 3% тепловой энергии.

Для приведения системы транспорта теплоносителя в надежное состояние необходимо капитально отремонтировать или построить заново 150 тысяч километров теплотрасс в двухтрубном исчислении. К сожалению решить эту задачу за один год невозможно, поэтому необходимо найти наиболее доступный и эффективный способ восстановить и реконструировать непригодные участки тепловых сетей, не привлекая при этом дополнительных инвестиционных средств. То есть необходимо техническое решение, после применения которого появится возможность экономить средства за счет снижения тепловых потерь и уменьшения расходов на текущее обслуживание, дабы использовать их для дальнейшего восстановления тепловых сетей.

Значимую часть износа составляет разрушение изоляции и дальнейшая наружная коррозия трубопроводов. Из-за высокого уровня грунтовых вод и регулярных повреждений других подземных коммуникаций, вода постоянно попадает в каналы теплотрасс, что вызывает намокание тепловой изоляции и полное её разрушение. Изоляция, в которую проникла жидкая вода, может обладать теплопроводностью, до 15 раз превышающей теплопроводность сухой изоляции. А при замерзании мокрой изоляции ее теплопроводность может увеличиться в 60 раз и больше. При смачивании сухой волокнистой изоляции ее теплопроводность увеличивается в 24 раза, а при последующем замерзании - до 100 раз.

В зависимости от пористости изоляции, теплопередача может увеличиться до 300% при наличии всего лишь 20% влаги по объему. Даже 1 % влаги может вызвать увеличение теплопроводности на 30%. В наибольшей степени это относится к изоляции из стекловолокна и минеральной ваты.

Кроме снижения теплоизоляционных свойств и полного разрушения тепловой изоляции, наличие воды и высокая влажность в канале становится причиной наружной коррозии трубопроводов.

Наиболее распространены протяженные коррозионные повреждения теплопроводов из-за равномерного затопления тепловых камер и каналов водой. Наиболее интенсивно коррозионные процессы идут на углах поворота у неподвижных опор в местах установки компенсирующих устройств, так как из-за температурных деформаций сказывается фактор коррозионной усталости. Коррозионные процессы особенно активно развиваются на подающем теплопроводе из-за более высокой температуры теплоносителя и в частности из-за вскипания воды в пристенном слое и внутри продуктов коррозии, что приводит к их разрушению и проникновению воды к непрокорродированному металлу. При частичном наружном затоплении теплопровода по высоте наиболее активно коррозионные процессы идут на уровне раздела «вода-воздух» так, что на трубопроводе образуется так называемая «ватерлиния» с наибольшей глубиной коррозионного повреждения металла.

Так же часто встречаются локальные коррозионные повреждения, они возникают обычно на небольших подтопленных участках тепловых сетей. В этих местах происходит активное дренирование блуждающих токов и интенсивная коррозия по схеме «локальная коррозия» в местах повреждения наружных защитных покрытий - постепенное разрушение покрытий - язвенная коррозия. Наиболее активно коррозия развивается на тех участках, в близи которых находятся мощные источники блуждающих токов, электрические кабели, трамвайные и железнодорожные пути, станции катодной защиты смежных коммуникаций, заземления промышленного оборудования.

Не менее опасны и коррозионные повреждения с наличием воды на дне канала. Так как блуждающие токи на этих участках стекают преимущественно через подвижные опоры, происходит их разрушение, труба ложится на дно канала, что приводит к появлению значительных температурных напряжений, особенно при больших диаметрах теплопровода. Одновременно вода, находящаяся в канале испаряется и конденсируется на более холодном перекрытии канала. Капельная влага попадает на тепловую изоляцию, достигает металла труб и вновь испаряется, приводя к локальному охлаждению и коррозионному растрескиванию металла.

Проблема намокания это одна из наиболее важных и острых проблем сетей теплоснабжения. Расходы на компенсацию тепловых потерь и замену непригодных участков ложатся на плечи рядовых потребителей тепловой энергии и увеличивают её стоимость почти в два раза.

К сожалению следует отметить, что скорость объективного старения теплосетей часто опережает скорость замены аварийных участков. Притом, что такое отставание накапливалось долгое время. А замена аварийных участков трубопроводов зачастую происходит на трубы устаревшего типа с невысоким сроком эксплуатации. В развитых в экономическом плане странах нашли широкое применение трубы с качественным покрытием внутренней и внешней поверхностей. При этом доля металлических труб при прокладке новых теплотрасс и ремонте старых в этих странах уменьшается на 5-8% в год, а доля пластиковых труб с большим сроком службы, 30-40 лет, соответственно, увеличивается. В России для систем тепло- и водоснабжения в основном применяются стальные трубы и трубы из серого чугуна без внутреннего покрытия. Доля труб с внутренним покрытием и из пластика не превышает 2%. Ассортимент используемых труб и предопределяет невысокий срок службы трубопроводов, который по нормативам должен составлять 10-15 лет, а реально значительно ниже. Вот это и приводит к высокому износу и высокой аварийности. По мнению специалистов, для того чтобы правильно оценить состояние теплотрасс и других объектов теплообеспечения необходимо провести объективную инвентаризацию всех объектов. Может быть, для оценки их состояния целесообразно использовать не экономическую величину амортизационного износа, что способствует лишь распространению паники, а взять за основу исключительно уровень технического состояния трубопроводов. Ведь практика показывает, что некоторые участки теплотрасс со сроком эксплуатации около 20 лет находятся в достаточно рабочем состоянии, а некоторые участки с износом 30% требуют скорейшей замены. Состояние отдельных участков трубопроводов предлагается оценивать в баллах, учитывая материалы труб и теплоизоляции, их состояние, срок службы и условия эксплуатации. Но никакая инвентаризация не в состоянии заменить планомерный контроль и постоянную диагностику состояния трубопроводов, с использованием современного оборудования, которое позволяет выявлять дефектные участки трубопроводов до наступления аварийных ситуаций.

Кроме всего вышеперечисленного очень тяжелой проблемой теплоснабжения в нашей стране является человеческий фактор и влияние рыночных взаимоотношений. На сегодняшний день переход на новые долговечные материалы и технологии, обеспечивающие гораздо больший срок службы, грозит ощутимым снижением уровня доходов для целой системы подрядных организаций обслуживающих сети теплоснабжения, так как их основным источником заработка является недолговечный ремонт ветхих сетей. Эти организации по мере возможностей препятствуют внедрению новых технологий. Кроме того, производители устаревших материалов, вкладывающие большие средства в производство, используют все средства, чтобы одержать верх в конкурентной борьбе. К  сожалению все это неминуемо затягивает процесс обновления и перехода на качественно новый уровень теплоснабжения.

К сожалению, количество проблем и их масштаб растет с огромной скоростью. Так как практически все существующие   сети теплоснабжения построены в 60-70-х годах двадцатого века, то сейчас близок момент, когда процент износа тепловых сетей будет близок к 90-м. Поэтому необходимо не только находить новые материалы с более высокой долговечность, но и менять саму технологию прокладки сетей. Нормы проектирования сетей теплоснабжения, разработанные тридцать лет назад сейчас устарели, и сети проложенные согласно этим нормам должны не просто ремонтироваться а полностью реконструироваться с учетом новых возможностей  открывающихся благодаря новым материалам и технологиям. Для достижения максимального результата необходимо тесное сотрудничество научных и проектных институтов с организациями обслуживающими тепловые сети.

Огромным шагом к энергосбережению станет уменьшение тепловых потерь в сетях теплоснабжения до нормативных, а в дальнейшем, с развитием технологий изоляции, до нуля. Этот вопрос заслуживает огромного внимания и всестороннего рассмотрения.

автор Решетников М.И.